Durante o processo respiratório na pratica de exercício físico, no momento do ato da inspiração os músculos diafragma, escalenos, esternocleidomastoide e intercostais irão ser contrair para auxiliar a entrada de ar nos pulmões. Já durante a fase de expiração ocorrerá a contração dos músculos reto abdominal, transverso e oblíquos para aumentar a exalação do ar.

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Quais as quatro principais funções do sistema respiratório?

A literatura científica descreve que as quatro principais funções do sistema respiratório são:

– REALIZAR A TROCA DE GASES ENTRE A ATMOSFERA E O SANGUE: o corpo traz o oxigênio para fornecimento aos tecidos e elimina o dióxido de carbono, que é o produto residual do metabolismo celular;

– REGULAÇÃO HOMEOSTÁTICA DO pH DO CORPO: os pulmões tem a capacidade de alterar o pH do corpo de forma seletiva através da retenção ou excreção do dióxido de carbono;

– PROTEÇÃO CONTRA PATÓGENOS E SUBSTÂNCIAS IRRITANTES INALADOS: da mesma forma como todos os epitélios que tem contato com o meio externo, o epitélio respiratório apresenta-se bem suprido com mecanismos de defesa que aprisionam e destroem substâncias potencialmente nocivas que elas possam entrar no corpo;

– PRODUÇÃO DA VOCALIZAÇÃO: O ar move-se através das pregas vocais criando vibrações usadas para falar, cantar e outras formas de comunicação.

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Como é a estrutura do sistema respiratório ou pulmonar?

O sistema respiratório consiste em dois compartimentos principais: a) zona condutora, que transporta o ar para os pulmões; e b) zona respiratória, onde se processa a troca de gases. Inicialmente descreveremos a zona condutora.

ZONA CONDUTORA: é formada pelo nariz, boca, faringe, epiglote, laringe, brônquios primários, brônquios secundários e bronquíolos terciários. Ou seja, todas as estruturas que existem desde o nariz, ou a boca, até os bronquíolos terminais consistem a zona condutora. A função primário dessa estrutura é o transporte do ar. Entretanto, por não ocorrer nenhuma troca de gases, essa zona é denominada de espaço morto anatômico. Esse espaço morto anatômico é importante para se determinar a ventilação alveolar.

Uma segunda função importante da zona condutora consiste em aquecer e umedecer o ar que vem da atmosfera. Dessa forma, quando o ar tenha alcançar os pulmões, terá sido aquecido até a temperatura corporal, normalmente 37,0°. Esse mecanismo protetor mantém a temperatura corporal central e protege pulmões de uma possível lesão. É importante salientar, que o aquecimento e umidificação do ar são conseguidos facilmente ao longo de uma ampla gama de temperaturas ambientais, em condições de repouso, quando o volume e o ar transportado é pequeno e o ar é inalado através do nariz. Entretanto, durante um exercícios vigoroso, grandes volumes de ar são inalados principalmente através da boca, contornando dessa forma as áreas de aquecimento e de umidificação do nariz e da cavidade nasal. Dessa forma, como resultado, pode-se ter a sensação que a boca e a garganta estão ressecadas. Todavia, quando os exercícios vigorosos são realizados em um clima frio, principalmente em temperaturas abaixo de zero, o ressecamento aumenta e individuo poderá até perceber uma dor na garganta.

Todavia, essas sensações não representam um congelamento dos pulmões, pelo contrário, elas resultam do ressecamento e resfriamento das vias aéreas superiores. As porções inferiores da zona condutora ainda umedecem e aquecem o ar a um nível suficiente antes de alcançar os pulmões. Um terceira função da zona condutora consiste em filtrar o ar. A cavidade nasal, faringe, laringe, traqueia e sistema brônquico são estruturas revestidas por membranas mucosas ciliadas. Essas membranas tem por característica manter aa impurezas e as partículas estranhas que são inaladas. Pois tanto fumaça quanto os poluentes do era ambiente, podem reduzir a atividade ciliar e, finalmente, podem destruir os cílios.

– ZONA RESPIRATÓRIA: A zona respiratória consiste em bronquíolos respiratórios, ductos alveolares, sacos alveolares e os alvéolos. Os alvéolos são a área real para a troca dos gases entre o sistema pulmonar e o sistema cardiovascular. É importante frisar, que ao nascer o ser humano possui aproximadamente 24 milhões de alvéolos. Por volta dos oito anos de idade esse número aumenta para cerca de 300 milhões, e mantem-se constante até os 30 anos. A partir dos 30 anos começar a ocorrerá um declínio gradual. A membrana entre os alvéolos e os capilares é constituída por cinco camadas muito finas, duas das quais representam as células endoteliais que formam os próprios alvéolos e capilares. Curiosamente, alguns alvéolos não possuem suprimento sanguíneo capilar, e dessa forma, não poderão participar da permuta de troca de gases. Esses alvéolos formam o espaço morto fisiológico.

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Como ocorre a processo respiratório ou mecânica respiratória em repouso?

O movimento do ar para dentro dos pulmões a partir da atmosfera depende de dois fatores, ou seja, do gradiente de pressão e resistência. O gradiente de pressão é a diferença entre duas pressões. Quanto maior for a diferença na pressão, maior será o gradiente de pressão. Dessa forma, os gases (ar) se deslocará das áreas de alta pressão para as áreas de baixa pressão. Já a resistência é a soma das forças que se opõem-se ao fluxo dos gases. Para que a inspiração possa ocorrer, a pressão deve ser mais alta na atmosfera do que nos pulmões. Já para a expiração ocorrer a pressão nos alvéolos dos pulmões deverá ser mais alta do que na atmosfera.

Para que ocorra a ventilação pulmonar um aumento no volume da cavidade torácica é conseguido pela contração muscular para a inspiração. Esse aumento no volume acarretará uma redução na pressão pulmonar interna. Com isso, a cavidade torácica exibirá uma pressão negativa em relação a atmosfera. Assim, terá sido criado um gradiente de pressão e, com isso o ar fluirá para dentro da cavidade torácica na tentativa de igualar as pressões. O principal músculos inspiratório é o diafragma, que tem o formato de cúpula. Devido a estimulação neural, o diafragma contrai-se e se desloca para baixo, alongando a cavidade torácica. Todavia, um aumento do volume adicional da cavidade torácica poderá resultar da ação dos músculos intercostais externos, assim como de outros músculos, os quais elevarão o gradil costal e induziram a expansão tanto lateralmente quando ântero-posterior. Porém, o grau de atividade dos músculos acessórios e a queda inerente na pressão dependerão da profundidade da inspiração.

Durante a condição de repouso, a expiração concorre simplesmente porque o diafragma e os outros músculos inspiratórios relaxam. Dessa forma, quando esses músculos estão relaxados, tanto os pulmões quanto os músculos que são altamente elásticos, recuam para as suas posições originais. Com isso, esse recuo elástico reduz o volume pulmonar, e dessa forma, produz uma pressão dentro da caixa torácica que é mais alta que a pressão atmosférica. Ou seja, a medida que a cavidade torácica diminui de volume, a pressão intratorácica aumenta até ligeiramente acima daquela da atmosfera. O resultado fará com que o ar saia dos pulmões e penetre na atmosfera. As pressões se igualam e novamente o ciclo se repete durante a próxima inspiração.

Na vigência de uma respiração acelerada, como acontece na pratica de exercícios, a inspiração será um processo ativo, ou seja, os músculos diafragma, intercostais, escalenos, esternocledomastóíde se contraíram de forma mais intensa para proporcionar maior expansão da caixa torácica e proporcionar a entrada de ar. Os músculos expiratórios primários são os abdominais e os intercostais internos. Ou seja, os músculos abdominais (reto abdominal, oblíquos e transverso do abdome) empurram os órgãos abdominais e, consequentemente, o diafragma para cima. Já os intercostais internos tracionam as costelas para dentro e para baixo. Essa redução no volume torácico eleva a pressão intratorácica mais rapidamente que o recuo elástico passivo, e o ar é forçado para fora de maneira mais rápida, facilitando troca gasosa com o ambiente durante o exercício.

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Como ocorre o controle respiratório?

No corpo humano mecanismo complexos ajustam magistralmente a frequência e profundidade da respiração em resposta às necessidades metabólicas do corpo. Circuitos neurais complexos retransmitem a informação proveniente dos centros superiores do cérebro, os pulmões e de outros sensores espalhados pelo corpo de forma a coordenar a respiração ou ventilação. O estado gasoso e químico do sangue que circunda o bulbo e os quimiorreceptores aórticos e carotídeos também mediam o controle da ventilação alveolar. Em pessoas saudáveis, esses mecanismos de controle mantem as pressões gasosas alveolares relativamente constantes através das diferentes intensidades dos exercícios.

Como ocorre a influência dos fatores neurais no controle respiratório?

A atividade dos neurônios inspiratórios com seus corpos celulares localizados na porção medial do bulbo governam o ciclo respiratório normal. Quando excitados esses neurônios ativam os músculos diafragma e intercostais (músculos inspiratórios) acarretando assim o enchimentos dos pulmões. Esses neurônios interrompem sua descarga em virtude das autolimitações e da influência inibitória dos neurônios inspiratórios também localizados no bulbo. É importante frisar, que sinais inibitórios e excitatórios provenientes de todas as partes do corpo influenciam o ritmo normal dos neurônios bulbares. Por exemplo, a insuflação dos pulmões estimula a despolarização dos receptores de estiramento, principalmente nos brônquios. Esses receptores aturarão através de suas fibras aferentes inibindo a inspiração e estimulando a expiração. A exalação ou expiração ocorre quando os músculos inspiratórios se relaxam, produzindo com isso um recuo passivo do tecido pulmonar distendidos e das costelas elevadas. Essa fase passiva dependerá da ativação sincrônica dos neurônios expiratórios e dos músculos associados que facilitam a expiração. A medida que a expiração prossegue, o centro inspiratório torna-se menos inibido e acaba sendo ativado novamente.

Todavia, a atividade inerente do centro respiratório, de forma isolada não pode ser responsável pelo padrão regular dos ajustes respiratórios ou ventilatórios que ocorrem em respostas a demandas metabólicas. Duração e intensidade do ciclo inspiratório responde ao centro neural no hipotálamo, que integra o influxo proveniente dos neurônios descendentes nas áreas locomotoras superiores nos hemisférios cerebrais, da protuberância e de outras regiões do cérebro.  Durante a realização de exercício, os ajustes respiratórios ocorrerão em virtude das alterações metabólicas e mecânicas dentro dos músculos ativos e de sua arvore vascular induzidas por sinais neurais ascendentes iniciados para proporcionar um controle periférico de retroalimentação de cerebelo para o centro respiratório. Por sua vez, os pulmões possuem receptores sensoriais que comunicam-se com o centro respiratório através de aferentes nervosos vagais.

Qual a influência de fatores humorais no controle respiratório?

No repouso, o estado químico do sangue exercerá o maior controle da ventilação pulmonar. Ou seja, variações em P02, Pc02, pH e temperatura arteriais ativam as unidades neurais sensíveis no bulbo e no sistema arterial, de forma a ajustar a ventilação e manter a bioquímica do sangue dentro de limites adequados. Quando o indivíduo inala uma concentração gasosa que seja composta por 80% de oxigênio, ocorrerá uma elevação acentuada na P02 alveolar e reduzirá em 20% a respiração ou ventilação minuto. Por outro lado, a respiração ou ventilação aumentará se a concentração de oxigênio no ar inspirado estiver abaixo dos níveis existentes no ar ambiente, particularmente se o Po2 alveolar cair para menos de 60mmHg. Diante dessa pressão a saturação de hemoglobina cairá consideravelmente.

É importante salientar que uma pressão de oxigênio reduzida não é “sentida” no centro respiratório. Ou seja, os quimiorreceptores periféricos são os locais primários que detectam a hipóxia arterial e desencadeiam reflexamente uma resposta ventilatória. O posicionamento estratégico dos glomos caróticos monitoram o estado o sangue arterial imediatamente antes dos mesmo perfundir ao cérebro. Diante disso, uma redução na Po2 arterial, faz aumentar a ventilação pulmonar em virtude da estimulação dos quimiorreceptores aórticos e carotídeos.

Os sinais aferentes quimiorreceptores periféricos também estimulam o controle respiratório durante o exercício. Todavia, a literatura apresenta que normalmente não ocorrem reduções na Po2 arterial. Dessa forma, os efeitos estimulantes dos exercícios sobre a descarga dos quimiorreceptores aferentes carotídeos resultam principalmente de aumentos na temperatura, acidez e nas concentrações de dióxido de carbono e de potássio.

Qual a influência do Pco2 plasmáticos e da concentração de íon hidrogênio no controle respiratório?

No repouso, a pressão do dióxido de carbono no plasma arterial proporciona o estimulo respiratório mais importante. Ou seja, pequeno aumentos na Pco2 no ar inspirado, induziram grandes aumentos na ventilação minuto. Por si só o dióxido de carbono não medeia a resposta ventilatória a Pco2 arterial. Pelo contrário, a acidez do plasma, que varia diretamente com o conteúdo em dióxido de carbono do sangue, exerce um comando significativo sobre a ventilação minuto. Ou seja, uma queda no pH do sangue assinala a presença de acidose e reflete habitualmente a retenção de dióxido de carbono e a subsequente formação de ácido carbônico. É importante lembrar que o pH do sangue também poderá diminuir me virtude do acumulo de lactato pra pratica de exercício aeróbio vigoroso. Dessa forma, quando o pH arterial declina e os íons hidrogênio se acumulam, a atividade inspiratória aumenta a fim de eliminar o dióxido de carbono e reduzir os níveis arteriais de ácido carbônico.

Qual a resposta do sistema respiratório durante o exercício?

Obviamente durante a pratica de exercícios aeróbios a demanda energética aumentará, variando evidentemente com o tipo, a intensidade e duração do mesmo. Na maioria das situações relacionadas ao exercício uma grande parte da capacidade do corpo de responder a demanda de mais energia dependerá da demanda de oxigênio. Diante disso, para fornecer o oxigênio para a produção aeróbia de energia, o sistema respiratório, incluindo ventilação pulmonar, respiração externa e interna, terá que responder. A ventilação pulmonar aumenta para aprimorar a ventilação alveolar. Por sua vez a respiração externa (movimentos de gases ao nível alveolar capilar pulmonar) se ajusta para manter a relação entre ventilação e perfusão na maioria dos casos. E por fim, a respiração interna (movimento de gases ao nível capilar tecidual) responde com maior extração do oxigênio pelo músculos ativos. Essas mudanças apresentadas acima não desenvolvem apenas uma oxigenação adequada para os músculos, mas desempenham também um papel preeminente no sentido de preservar o equilíbrio acima básico, que por sua vez está intimamente relacionado com os níveis de dióxido de carbono.

Em geral, todos os níveis de atividade respiratória estarão magistralmente emparelhadas com o ritmo do trabalho que está sendo realizado, ou seja, com a intensidade do treinamento aeróbio realizado. Dessa forma, graças a esse controle preciso e a uma grande reserva contida no sistema, a respiração em indivíduos sadios não constituiu um fator limitante para a atividade. Isso é verdadeira, apesar da sensação de falta de ar durante exercício pelos praticantes.

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Como ocorre a regulação respiratória durante a realização de exercícios?

Nem a estimulação química tampouco qualquer outro mecanismo isolado é responsável inteiramente pelo aumento respiratória ou ventilação(hiperpineia) durante a realização de exercício físicos, por exemplo aeróbio. Ou seja, o mecanismo clássico de controle por retroalimentação apresentado acima no texto para a respiração em repouso, através de mecanismos mediadores de oxigênio e dióxido de carbono não explica adequadamente a hiperpineia causada pelo exercício. A literatura aponta que a indução de modificação máximas na acidez do plasma e na Po2 e Pco2 inspiradas não eleva a ventilação minuto até os valores existentes durante o exercício.

Quando a intensidade do exercício aeróbio aumenta, a Po2 alveolar arterial não diminui até o ponto de aumentar a ventilação através da estimulação dos quimiorreceptores. Entretanto, os grandes volumes durante o exercício intenso acarretam uma elevação da P02 alveolar até acima do valor médio de repouso que é de 100 mmHg. Dessa forma, qualquer aumento na Po2 alveolar durante o exercício acelera a oxigenação do sangue nos capilares alveolares. Já a ventilação pulmonar durante um exercício de característica aeróbia de duração rápida ou moderada está acoplada intimamente ao metabolismo, proporcionalmente ao consumo de oxigênio e produção de dióxido de carbono.

Durante um exercício com característica vigorosa com seu componente anaeróbico relativamente grande, e consequentemente produzindo acúmulo de lactato, as maiores concentrações de dióxido de carbono e no subsequente íons hidrogênio, proporcionam um estimulo ventilatório adicional. A hiperventilação resultante reduz a Pco2 alveolar e arterial, muitas vezes para valores de apenas 25mmHg. Com isso, qualquer redução na Pco2 arterial reduz o impulso ventilatório representado pelo dióxido de carbono durante realização de um exercício.

Por outro lado, a rapidez as repostas respiratórias ou ventilatórias no início e por ocasião da parado do exercício sugerem que um outro influxo, além das mudanças nos níveis de Pco2 arterial e na concentração de íons hidrogênio medeia essas fases da hiperpineia do exercício. Esses fatores são denominados de neurogênicos e incluem influencias corticais e periféricas para o controle da respiração ou ventilação.

– INFLUÊNCIA CORTICAL: O fluxo anterógrado neural proveniente de regiões do córtex motor e a ativação cortical como antecipação ao exercício estimularão os neurônios respiratórios localizados no bulbo para iniciar o aumento busco na ventilação do exercício;

– INFLUÊNCIA PERIFÉRICA: O influxo aferentes sensorial originado nas articulações, tendões e músculos influencia os ajustes ventilatórios durante todo o período da exercitação.

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Qual a influência da temperatura sobre os ajustes respiratórios durante o exercício aeróbio?

Com exceção da hipertermia extrema, uma elevação na temperatura corporal exerce pouco efeito sobre a regulação respiratória ou ventilatório. Na maioria das condições o aumento na ventilação ou respiração no início do exercício e se declínio durante a recuperação ocorrem com uma rapidez excessiva que possam refletir algum controle por parte de alterações na temperatura corporal.

Como ocorre a regulação integrada para o controle respiratório durante o exercício?

A literatura apresenta que os efeitos combinados e talvez simultâneos de vários estímulos químicos e neurais iniciam e modulam a ventilação alveolar durante o exercício. No início do exercício que é denominada fase I, estímulos neurais provenientes do córtex cerebral (comando central), combinados com retroalimentação provenientes dos membros ativos, estimulam o bulbo para aumentar bruscamente a ventilação. É importante salientar que o estimulo cortical e do aparelho locomotor (articulações, tendões e músculos) continua durante todos o período de exercício.

Em seguida, após um curto platô, de aproximadamente 20 segundos, a ventilação minuto sobre então exponencialmente, o que é denominado de fase II pela literatura. Isso ocorre para conseguir um nível estável relacionado com as demandas para permuta gasosa metabólica. Essa fase da respiração ou ventilação é regulada pelo influxo do comando central, incluindo fatores intrínsecos aos neurônios do sistema de controle respiratório, reduza esta fase da ventilação do exercício. O influxo aferente continuo dos neurônios respiratórios no bulbo acarreta uma potencialização a curto prazo que faz aumentar sua responsividade para a mesma estimulação continua. Isso levará a ventilação minuto para um nível mais alto. O influxo proveniente dos quimiorreceptores periféricos nos glomos carotídeos, também contribuirão para a regulação da respiração durante a fase II.

Já a fase final do controle respiratório é denominada de fase III. Ela envolve uma sintonia delicada da ventilação em estado estável através de mecanismos sensoriais periféricos de farão retroalimentação. Estímulos centrais e reflexos provenientes dos principais coprodutor do metabolismo muscular aumentado, ou seja, aumento das concentrações de dióxido de carbono e dos íons hidrogênio, modularão as pressões dos gases alveolares nessa fase. Esses fatores estimularão os neurônios não mielinizados dos quimiorreceptores que se comunicarão com as regiões o sistema nervoso central para a regulação da função cardiorrespiratória. É importante frisar que um estimulo adicional destinado par aumentar a ventilação no exercício vigoroso ocorre em virtude do acumulo de lactato, além, da acidose láctica. Por fim, os reflexos relacionados com o fluxo sanguíneo pulmonar e com o movimento mecânico dos pulmões e dos músculos respiratórios também proporcionarão um influxo regulador durante o exercício aeróbio.

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Seguidores, não percam a vídeo aula de hoje e analisem as explicações do professor João Moura dos músculos envolvidos no ato inspiratório e expiratório.